潛水地源熱泵采暖系統(tǒng)水資源論證技術(shù)探討

張安昌

（山東省聊城市水文局 聊城 252000）

潛水地源熱泵采暖系統(tǒng)水資源論證技術(shù)探討

張安昌

（山東省聊城市水文局 聊城 252000）

地源熱泵技術(shù)制冷供熱能量轉(zhuǎn)換效率高，得到越來越多的關(guān)注。本文根據(jù)某地源熱泵項(xiàng)目的水資源論證工作，從取水影響、退水影響、回灌井設(shè)置及回灌技術(shù)要求等方面進(jìn)行了分析，提出了開展水資源論證工作的相關(guān)建議，希望能夠推動該項(xiàng)技術(shù)健康有序地發(fā)展。

地源熱泵 回灌 合理論證 水資源保護(hù)

1 問題的提出

地源熱泵是以大地為冷熱源對建筑進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的技術(shù)，地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進(jìn)行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉(zhuǎn)換，幾乎是一種能量的“搬運(yùn)”過程，因而其能量轉(zhuǎn)換效率高、運(yùn)營成本低、節(jié)能、環(huán)保、熱穩(wěn)定等特點(diǎn)，已經(jīng)引起了國內(nèi)建設(shè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)單位、房地產(chǎn)商和生產(chǎn)廠商以及公眾的廣泛興趣，這一技術(shù)歐美等發(fā)達(dá)國家的利用已有幾十年的歷史，自20世紀(jì)90年代開始已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國空調(diào)工程領(lǐng)域，取得了很好的采暖和節(jié)能效果，備受關(guān)注，也是國家扶持的節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)，目前已經(jīng)成為華北和中原地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的一大熱點(diǎn)。但是，目前在研究與推廣的熱潮中也隱含著一些問題，尤其是水資源論證工作中應(yīng)該給予足夠的關(guān)注和冷靜的思考，從而推動這項(xiàng)技術(shù)健康有序地發(fā)展。

2 地源熱泵取退水影響分析

2.1取水影響

以山東省聊城市某項(xiàng)目為例，根據(jù)項(xiàng)目所在地含水層的分布、巖性等水文地質(zhì)條件分析，項(xiàng)目區(qū)淺層地下含水層賦水條件較好。該項(xiàng)目用水采補(bǔ)平衡，不會對地下水進(jìn)行超量開采，不會形成地面沉降、地面裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。

根據(jù)以往抽（回）水試驗(yàn)結(jié)果，在抽（回）水試驗(yàn)時，僅抽水井與回水井水位和局部地下水流場有一定的改變，周邊水位在其正常范圍內(nèi)小幅波動。說明地下水在一個小范圍內(nèi)可形成一個地下水采、補(bǔ)平衡的循環(huán)系統(tǒng)，地下水被開采后能及時補(bǔ)充。因此，該項(xiàng)目只對局部地段地下水溫產(chǎn)生影響，而對區(qū)域地下水位基本無影響。

每年采暖季開采地下水，開采的地下水在經(jīng)過完全密閉的熱泵機(jī)組系統(tǒng)熱量交換后，通過回灌井完全及時地回灌到地下同層含水層中，這樣就在一個小范圍的區(qū)域內(nèi)基本形成一個采、補(bǔ)平衡的循環(huán)系統(tǒng)，項(xiàng)目用水不影響項(xiàng)目區(qū)周邊地下水的開采。

2.2退水影響分析

項(xiàng)目退水經(jīng)過濾后全部進(jìn)行同層回灌，因此項(xiàng)目退水不會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。但運(yùn)行期間，仍應(yīng)加大對退水水質(zhì)監(jiān)測力度，杜絕人為二次污染。

淺層地能（熱、冷）一部分儲存在含水層的地下水中，而大部分儲存在含水層巖土顆粒骨架、頂?shù)装鍘r土中。通過地下水源熱泵系統(tǒng)的回灌井，冬季把溫度較低、夏季把溫度較高的水回灌到含水層中后，重新與含水層及其頂、底板巖土進(jìn)行能量交換。地下含水層的水熱運(yùn)動與當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件、環(huán)境氣象因素、工程措施之間的關(guān)系極其復(fù)雜，目前國內(nèi)尚無成熟的經(jīng)驗(yàn)和研究來量化水源熱泵系統(tǒng)回灌水與原始含水層溫度存在溫差的影響范圍。根據(jù)清華大學(xué)建筑學(xué)院的研究成果，項(xiàng)目區(qū)的水文地質(zhì)特點(diǎn)和該系統(tǒng)的具體情況，可以確定該項(xiàng)目的運(yùn)行過程會引起取水層水溫度的波動，引起地下水水溫偏離背景值。根據(jù)同類工程長期水溫觀測資料分析，回灌水對取水含水層水溫影響程度、范圍有限。

2.3回灌井設(shè)置及回灌技術(shù)要求

回灌開采被看作是地下水持續(xù)利用的重要措施之一。回灌的意義在于給地下水一個“休養(yǎng)生息”的時間，讓它不僅服務(wù)當(dāng)前，還要服務(wù)后代。

根據(jù)場地含水層水文地質(zhì)條件，初步計(jì)算21眼回灌井來滿足項(xiàng)目回灌水量的需要。通過對聊城市已建熱泵系統(tǒng)抽、注水試驗(yàn)資料分析，淺井無壓回灌量一般能達(dá)到單井出水能力的40%～50%，因此21眼回灌井能滿足回灌要求。為了提高單井的回灌能力，也可采取加壓回灌。

項(xiàng)目退水如果含有少量砂粒顆粒和沉淀物，不進(jìn)行處理容易發(fā)生回灌井的堵塞現(xiàn)象，因此在加壓泵前應(yīng)安裝水過濾設(shè)備，防止回灌井堵塞?；毓嗥陂g，每一小時記錄一次回灌井的回灌水量和水位，非運(yùn)行期應(yīng)繼續(xù)對回灌井水位進(jìn)行監(jiān)測，直至回灌井水位穩(wěn)定為止。經(jīng)常檢查水過濾設(shè)

備，應(yīng)保持回灌水體的清潔，無沉淀物，無污染物，及時檢查有無堵塞現(xiàn)象，定期更換過濾器濾料。

3 水資源論證和推廣建議

3.1科學(xué)普查規(guī)則，充分合理論證

既要搞清水文地質(zhì)條件，為具體應(yīng)用提供基礎(chǔ)技術(shù)條件，也要調(diào)查已經(jīng)建成的地源熱泵項(xiàng)目，掌握技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題，為新建項(xiàng)目提供借鑒。發(fā)展規(guī)劃應(yīng)重點(diǎn)對發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域、資源區(qū)劃、應(yīng)用技術(shù)路線及時間安排提出原則性意見。應(yīng)統(tǒng)籌考慮燃煤、燃?xì)狻⑷加?、地?zé)崮堋⑻柲艿葌鹘y(tǒng)能源和可再生能源的共存問題，注意生存與發(fā)展的關(guān)系。此外，地源熱泵畢竟增加電的負(fù)荷，電力供應(yīng)能力也必須充分考慮。

應(yīng)加強(qiáng)項(xiàng)目應(yīng)用的前期論證。將宏觀規(guī)劃論證和具體應(yīng)用論證相結(jié)合，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等方面充分論證項(xiàng)目的可行性。宏觀規(guī)劃論證由管理部門組織完成，以指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)，具體應(yīng)用論證由建設(shè)單位組織完成，向管理部門報(bào)審。建設(shè)項(xiàng)目除了要對地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行論證，還對要針對區(qū)域水文地質(zhì)條件，對用水方案、用地方案的合理性、可靠性，對其周圍環(huán)境的影響等方面進(jìn)行分析論證，提出切合實(shí)際的結(jié)論意見。

3.2加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，綜合利用資源

鑒于目前技術(shù)的不完善，地源熱泵在推廣應(yīng)用過程中要注意加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)。政府和有關(guān)單位應(yīng)該加強(qiáng)對于相關(guān)科研的投入，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品，并加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人才和管理人員的培養(yǎng)、培訓(xùn)。政府應(yīng)從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究、技術(shù)集成研究和環(huán)境影響研究等幾個方面，組織相關(guān)科研單位、大專院校和開發(fā)商通力合作，進(jìn)行課題研究。地下水熱泵系統(tǒng)應(yīng)深入研究成井技術(shù)、取水技術(shù)、回灌技術(shù)及井的維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)；土壤源熱泵系統(tǒng)應(yīng)深入研究不同地區(qū)的土壤熱特性、高效埋管換熱規(guī)律和設(shè)計(jì)方法。有關(guān)地源熱泵控制與監(jiān)測系統(tǒng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境評價指標(biāo)體系和環(huán)境生態(tài)影響與對策等的研究以及相關(guān)軟件的開發(fā)也應(yīng)得到重視。

3.3重視水資源保護(hù)措施

3.3.1工程措施

（1）該建設(shè)項(xiàng)目必須按照節(jié)水設(shè)施與主體設(shè)施同時設(shè)計(jì)、同時施工、同時投產(chǎn)的“三同時”原則，進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和管理。

（2）做好回灌水保護(hù)工程。為保證回灌后不會引起區(qū)域性地下水污染，地下水應(yīng)在封閉系統(tǒng)中輸送，系統(tǒng)中與地下水接觸的部件采用耐腐蝕材料制造，取水管路和回灌管路上應(yīng)裝有水表和采集水樣用的旋塞閥。

（3）采取開采及回灌井周圍保護(hù)措施。設(shè)計(jì)施工要確?；毓嗑幕毓噘|(zhì)量，最好將回灌井設(shè)計(jì)成有壓回灌，加設(shè)法蘭、密封井口。采取有效措施，防止雨污、生活污水、道路積水等污水順著井口進(jìn)入地下，污染地下水資源。

3.3.2非工程措施

水資源保護(hù)不但要運(yùn)用工程措施，還要建立制度和內(nèi)部用水規(guī)范等綜合措施，以達(dá)到有效保護(hù)水資源的目的。建立健全水源熱泵系統(tǒng)管理制度，進(jìn)行統(tǒng)一管理。同時還應(yīng)不斷加強(qiáng)用水節(jié)水宣傳和學(xué)習(xí)，樹立節(jié)水意識。

（1）嚴(yán)格執(zhí)行《中華人民共和國水法》《中華人民共和國水污染防治法》等法律法規(guī)，以“水權(quán)，水市場”理論為指導(dǎo)，在國家政策規(guī)劃原則范圍內(nèi)因地制宜地進(jìn)行管理，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源負(fù)載能力相協(xié)調(diào)，以水資源的可持續(xù)利用調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，不斷完善并全面貫徹落實(shí)水資源管理的各項(xiàng)法律、法規(guī)和政策措施，劃定水資源管理紅線，嚴(yán)格執(zhí)法監(jiān)督。圍繞水資源的配置、節(jié)約和保護(hù)，明確水資源開發(fā)利用紅線，嚴(yán)格實(shí)行用水總量控制；明確用水效率控制紅線，堅(jiān)決遏制用水浪費(fèi)。

以加強(qiáng)立法和執(zhí)法監(jiān)督為保障，規(guī)范水資源管理行為。要加強(qiáng)水資源管理法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，建立適合我國國情和水情、較為完備的水資源管理法規(guī)體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。要強(qiáng)化監(jiān)督管理，嚴(yán)格執(zhí)行已有的涉水法規(guī)，規(guī)范行政行為，重點(diǎn)加強(qiáng)取水許可、水資源費(fèi)征收使用、節(jié)水管理等制度落實(shí)情況的專項(xiàng)檢查，嚴(yán)厲查處違法取用水、破壞水資源等行為，做到有法必依、執(zhí)法必嚴(yán)和違法必究。

（3）水源熱泵工程實(shí)施后，要適時開展水平衡測試，杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，做到科學(xué)用水、合理用水。

3.4細(xì)化建成項(xiàng)目日常監(jiān)督和管理

（1）建設(shè)項(xiàng)目采暖面積大，水源熱泵系統(tǒng)取水量、回灌量較大，應(yīng)根據(jù)場地條件及含水層水文地質(zhì)條件合理調(diào)整布置取水（回灌）井。水源井的施工要符合《供水管井技術(shù)規(guī)范》及《供水水文地質(zhì)鉆探與鑿井操作規(guī)程》等現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，水源井的設(shè)計(jì)、施工單位應(yīng)具有相應(yīng)資質(zhì)。嚴(yán)格控制成井深度，加強(qiáng)電測井工作，避免揭露中層咸水，堅(jiān)決杜絕淺層淡水和中層咸水混層開采的現(xiàn)象，以保護(hù)淺層淡水資源不被污染。嚴(yán)格按照“誰開采，誰保護(hù)”的原則，嚴(yán)防地表污水經(jīng)過井孔進(jìn)入地下含水層污染地下水。

（2）加強(qiáng)對地下含水層動態(tài)監(jiān)測，建立地下水動態(tài)監(jiān)測體系，對抽回水井水量、水位、水質(zhì)實(shí)時監(jiān)測，及時分析動態(tài)變化特征。由于地下水動態(tài)影響，水質(zhì)有一定變化，熱泵機(jī)組安裝前應(yīng)重新采集水樣進(jìn)行化驗(yàn)，以便更好地滿足設(shè)備運(yùn)行要求。

（3）堅(jiān)持節(jié)約用水、不浪費(fèi)水資源，該機(jī)組在運(yùn)行過程中要加強(qiáng)管理，確保水循環(huán)系統(tǒng)的密閉性，杜絕“跑、冒、滴、漏”等浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)氣溫變化情況，調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，提高機(jī)組運(yùn)行效率，最大限度地以減少取用水量。取水井和回灌井要加裝水表，對取水量和注水量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以滿足水資源統(tǒng)一管理的需要■